KR100458401B1

KR100458401B1 - 경전철 및 고속전철프레임의 압출금형틀

Info

Publication number: KR100458401B1
Application number: KR10-2002-0016919A
Authority: KR
Inventors: 김낙준
Original assignee: 김낙준
Priority date: 2002-03-28
Filing date: 2002-03-28
Publication date: 2004-11-26
Also published as: KR20030078103A

Abstract

본 발명은 경전철 및 고속전철 프레임을 압출성형하는 금형틀에 관한 것으로, 내측면에 금형물품의 성형을 위해 돌출형성된 코아(110)와 체결공(130)이 형성되고 외측면에 고온의 빌릿(billet)이 주입될 수 있도록 수개의 포트(160)가 형성된 브릿지(100)와, 상기 브릿지(100)와 짝을 이루어 결합되고 외측면에 금형물품의 성형을 위한 캐버티(210)가 형성되며 수개의 체결공(230)이 형성된 다이(200)로 구성된 압출금형틀에 있어서, 상기 브릿지(100)에 형성되는 포트(160)의 총면적이 압출기의 콘테이너 단면적(A)의 30% 보다 크게 형성되되 금형물품단면적(S)의 8배로 되며, 코아(110)하단에 형성된 터널(T)의 폭(Tw)과 길이(Tl)의 곱이 상기 코아(110)의 높이(Ch)의 5배로 되고, 상기 포트(160)에서 상기 터널(T)로 이어지는 부분(θ)이 30°로 테이퍼가공되며, 상기 브릿지(100)의 상부면에 볼트체결공(151)이 형성된 가이드블록삽입구(150)가 형성되고 원주면에 아이볼트체결공(140)이 형성되며, 상기 다이(200) 상부면에 직사각형태의 가이드블록삽입구(250)가 형성되고 원주면에 아이볼트 체결공(240)이 형성되어, 상기 가이드블록삽입구(150, 250)에 가이드블록(300)이 삽입되는 것을 특징으로 한다.

Description

경전철 및 고속전철프레임의 압출금형틀{a frame mold for railway vehicles}

본 발명은 경전철 및 고속전철프레임을 압출성형하는 금형틀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 브릿지의 길이, 포트의 크기를 정형화하여 금형 설계의 일반화를 도모하고 포트입구를 테이퍼 가공하여 빌릿(billet)의 흐름을 원활하게 한 경전철 및 고속전철프레임의 압출금형틀에 관한 것이다.

일반적으로 일정한 단면의 구조물을 생산할 때, 압출금형을 많이 이용하고 있다. 실례로 지하철 차량의 프레임, 파이프 및 샤시 등은 압출금형을 통해 생산되고 있다.

이러한 성형물 중 파이프와 같이 단면 구조가 간단한 것은 금형을 만드는데 크게 어려움이 없으나, 지하철 차량의 프레임과 같이 각종 하중을 견디기 위해 설게된 트러스구조는 압출성형을 하기 위한 그 금형을 만든데 어려움이 많았으며, 별도의 정형화된 설계방법이 없었다.

특히, 금형설계에 있어서 브릿지와 다이의 길이 및 포트의 크기는 매우 중요한데, 브릿지와 다이의 길이가 압출기의 용량보다 짧게 설계되었을 때에는 브릿지와 다이가 수명을 다하지 못하고 파손되고, 포트의 크기를 너무 작게 설계하였을 때에는 압출기의 콘테이너에서 압출되는 빌릿의 유입이 잘 이루어지지 않아 물품의 성형이 잘 안 이루어지며, 포트의 크기가 너무 컸을 때에는 성형물이 제대로 압출되지 않고 이그러지는 등의 문제점이 발생하였다.

본 발명은 상기와 같은 제반 사정을 고려하여 발명된 것으로, 압출성형에 있어서 중요한 브릿지와 다이의 길이 및 포트의 크기를 압출기와 성형물에 크기에 맞게 수식적으로 비례화시킨 경전철 및 고속전철프레임의 압출금형틀을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 브릿지의 정면 및 배면사시도

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 브릿지의 정면도

도 3 는 본 발명에 따른 다이의 정면 및 배면사시도

도 4 는 본 발명에 따른 브릿지와 다이의 분리사시도

도 5 는 본 발명에 따른 브릿지와 다이의 결합단면도

도 6 은 압출기의 콘테이너단면도

도 7 은 본 발명의 일실시예에 따른 금형물품 사시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 브릿지 110 : 코어

130, 151, 230 : 체결공 140, 240 : 아이볼트체결공

150, 250 : 가이드블록삽입구

160 : 포트

200 : 다이 210 : 캐버티

400 : 압출성형물 500, 510 : 볼트

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 경전철 및 고속전철프레임의 압출금형틀은, 내측면에 금형물품의 성형을 위해 돌출형성된 코아와 체결공이 형성되고 외측면에 고온의 빌릿(billet)이 주입될 수 있도록 수개의 포트가 형성된 브릿지와, 상기 브릿지와 짝을 이루어 결합되고 외측면에 금형물품의 성형을 위한 캐버티가 형성되며 수개의 체결공이 형성된 다이로 구성된 압출금형틀에 있어서, 상기 브릿지(100)에 형성되는 포트(160)의 총면적이 압출기의 콘테이너 단면적(A)의 30% 보다 크게 형성되되 금형물품단면적(S)의 8배로 되며, 코아(110)하단에 형성된 터널(T)의 폭(Tw)과 길이(Tl)의 곱이 상기 코아(110)의 높이(Ch)의 5 배로 되고, 상기 포트(160)에서 상기 터널(T)로 이어지는 부분(θ)이 30°로 테이퍼가공되며, 상기 브릿지(100)의 상부면에 볼트체결공(151)이 형성된 가이드블록삽입구(150)가 형성되고 원주면에 아이볼트체결공(140)이 형성되며, 상기 다이(200)의 상부면에 직사각형태의 가이드블록삽입구(250)가 형성되고 원주면에 아이볼트 체결공(240)이 형성되어, 상기 가이드블록삽입구(150, 250)에 가이드블록(300)이 삽입되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 브릿지(100)의 길이(BL)는 상기 포트(160)사이의 대각길이(DL)의 합에 보정상수(K,= 0.66)를 곱한 후 이를 포트수로 나눈값으로 하며, 상기 포트(160)는 상기 코아(110)를 기준으로 상하로 짝수개가 대칭으로 배열되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일실시예를 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 브릿지의 정면 및 배면사시도를 도시한 것으로서, 원통형으로 된 브릿지(100)의 정면에는 볼트(500)가 결합되는 체결공(130)과 가이드블록삽입구(150) 및 압출물의 단면형상대로 가공된 코아(110)가 형성되어 있으며, 배면에는 정면까지 관통되어 이어지는 수개의 포트(160)가 형성되어 있다.

상기 브릿지(100) 정면에 형성된 체결공(130)은 볼트(500) 체결시 어느 일부분에 압력이 집중되지 않도록 몸체 중심으로부터 동일거리상에 상하 각각 2개씩 네곳에 형성되어 있다. 이때, 상기 체결공(130)의 숫자는 상기 브릿지(100)의 크기에 따라 더 늘리거나 줄일 수 있음은 당해 기술자에게 있어서는 공지의 기술임은 자명하다.

내측면 상부에 형성된 가이드블록삽입구(150)는 수평방향으로 긴 직사각형태로 내설되어 있으며, 안쪽에는 가이드블록(300)이 볼트(510)에 의해 삽입고정될 수있도록 별도의 체결공(151)이 형성되어 있다.

상기 브릿지(100)의 내측면 중앙에 형성된 코아(110)는 압출성형물(400)의 내부 단면모양으로 형성되어 있으며, 상기 브릿지(100)의 몸체보다 앞쪽으로 돌출형성되어 있다.

이때, 상기 압출성형물(400)의 단면모양인 베어링(700)은 전방으로 돌출형성된 코아(110)의 1/4 지점에 형성되어, 압출기를 통해 유입된 빌릿의 흐름이 일단 압출성형물(400)과 유사한 형태 유도된 후 코아(110)의 중간부분에서 완전하게 성형되도록 하였다.

한편, 상기 브릿지(100)의 배면에는 압출기로부터 유입되는 빌릿이 브릿지(100) 내부로 유입될 수 있도록 상기 코아(110)를 기준으로 상하로 짝수개가 대칭으로 배열 형성되어 있다. 이때, 상기 포트(160)의 크기는 빌릿의 유속이 벽면저항에 의해 금형의 중심에서 멀어질수록 늦어지므로 금형의 중심에서 멀어질수록 크게하는 것이 바람직 하다.

상기 포트(160)의 크기는 압출기의 콘테이너의 단면적(A, 도 6 참조)과 금형물품의 단면적(S, 도 7참조)에 비례하여 형성되는데, 이때, 포트(160)의 총면적을 구하는 공식은 아래와 같다.

포트의 총면적 ≥압출기의 콘테이너면적(A) ×0.3 ------- (1)

포트의 총면적 ≥금형물품의 단면적(S) ×8 ------------ (2)여기서 포트의 총면적은 상기 브릿지(100)의 배면에서 압출기로부터 유입되는 빌릿이 접촉하는 포트형상의 표면면적을 가리킨다. 즉 도 1의 우측에 도시된 브릿지 배면 사시도에서 포트(160)가 가리키는 표면면적을 말한다.이때, 포트(160)의 총면적은 식(1)과 식(2)중 하나만 만족하면 되는 필요조건이므로, 위 식에서 산출된 값에서 작은 값을 포트의 총면적으로 취하면 된다.

만약 포트(160)의 총면적이 식(1)과 식(2)에서의 값보다 작게되면 압출기에서 압출되는 빌릿의 고압이 금형에 작용하는 부분이 커지게 되므로, 금형의 피로하중이 증가하여 금형수명이 단축되는 문제점이 생긴다.

상기 식에서 포트(160)의 총면적값이 산출되면, 금형물품의 단면형상의 특징에 따라 포트(160)의 숫자와 위치를 정하면 된다. 즉, 금형물품의 단면형상이 긴 직사각형태일 때에는 포트를 길이방향으로 여러개 나열하여 빌릿이 고루게 금형틀을 지나갈 수 있도록 하며, 금형물품의 단면형상이 원과 같이 중심에서 모두 같은 거리상에 있을 때에는 빌릿의 유동이 원할하게 이루어질 수 있도록 포트의 수를 줄이는 것이 바람직하다.

한편, 상기 포트(160)에서 유입된 빌릿이 상기 코아(110)쪽으로 원활하게 유동될 수 있도록 포트(160)와 코아(110)의 연결부분이(θ) 30°로 테이퍼가동되어 있으며, 포트(160)와 포트(160)사이, 즉 포트(160)간의 대각길이(DL)를 이루는 부분도 각 포트(160)로 유입되는 빌릿이 코아(110)에서 만나도록 테이퍼가공되어 있다.

한편, 상기 브릿지(100)는 압출기에서 고압으로 압출되는 빌릿의 압력을 그대로 받으므로, 이를 견디어낼 수 있도록 그 길이가 선정되어야 한다. 이때, 상기 브릿지(100)가 받는 압력은 주로 빌릿이 유입되는 포트(160)부근에 한정되므로, 상기 포트(160)간의 대각길이(DL1, DL2, DL3, DL4, 도 2참조)에 비례하며, 포트(160)의 수가 많을 수록 빌릿이 원활하게 브릿지(100)을 통과하게 되므로 포트(160)의 총수의 반비례하게 되는 것이다.

따라서, 브릿지의 길이(BL)은 하기 식(3)과 같이 정리될 수 있다.

브릿지길이(BL) = 포트간의 대각길이의 총합 * 보정상수(K) / 총포트수 -(3)

(이때, 보정상수(K) = 0.66)

이때, 상기 보정상수(K)는 본 출원인이 오랜기간 현장경험에서 얻어진 값으로 0.66으로 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 일실시예에서의 브릿지 길이(BL)는 포트(160)간의 가로 대각길이(DL1, DL2, DL3)와 세로 대각길이(DL4, 도 2참조)을 모두 더한 총합에 보정상수(K), 0.66을 곱한 후 이를 다시 총포트수인 8로 나눈값이다.상기 브릿지(100)는 압출기에서 고압으로 압출되는 빌릿의 압력을 그대로 받으므로 만약 브릿지 길이(BL)가 식(3)에서의 값보다 짧게 되면 고압에 견딜 수 없어 금형의 파손 또는 크랙이 발생하게 되고, 브릿지 길이(BL)가 식(3)에서의 값보다 크게 되면 빌릿이 브릿지를 통과하여 빠져나간 후에도 금형내에 잔유하는 잔유응력이 남게되는데 이 경우 잔유응력이 과다하게 금형내에 축적되어 역시 크랙이 발생하게 되는 문제점이 있다.

한편, 상기 브릿지(100)의 원주면의 일측에는 기중기에 의해 운반할 수 있도록 아이볼트가 결합되는 체결공(140)이 형성되어 있으며, 원주방향으로 턱(170) 형성되어 있어 다이(200)와의 어긋남이 없이 결합할 수 있도록 도와준다.

도 3 은 본 발명에 따른 다이의 사시도를 도시한 것으로서, 원통형의 다이(200)의 정면에는 캐버티(210) 및 체결공(230)이 형성되어 있으며, 배면에는 가이드블록삽입구(250)가 형성되어 있고, 원주면 일측에는 아이볼트가 결합될 수 있는 아이볼트체결공(240)이 형성되어 있다.

정면에 형성된 체결공(230)은 도 7에 도시된 바와 같이 앞쪽은 볼트(500) 머리부분이 들어갈 수 있도록 크게 형성되어 있으나, 뒷쪽은 볼트(500) 몸체만이 통과할 있도록 그 보다 작게 형성되어 있다. 이때, 상기 체결공(230)은 상기 브릿지(100)에서 결합된 볼트(500)가 끼워질 수 있도록 브릿지(100)에 형성된 체결공(130)과 동일 축상에 형성되어 있다.

다이(200)의 배면에 형성된 캐버티(210)는 상기 브릿지(100)에 형성된 포트(160)를 통해 유입되는 빌릿을 모두 수용할 수 있도록 넓게 형성되어 있으나, 점차 좁아져 다이의 1/3지점에서 금형물품의 외형단면을 이루는 베어링(710)을 형성한 후 다시 확대된다.

이때, 상기 금형물품의 외형단면인 베어링(710)의 위치는 압출기를 통해 유입되는 빌릿이 속도를 일시적으로 떨어뜨릴 수 있도록 브릿지(100)의 포트(160)에서 약 40 mm 떨어진 곳에 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 다이(200)의 배면 상부에도 브릿지(100)에 형성된 것과 유사한 형태의 가이드블록삽입구(250)가 형성되어 있어, 상기 브릿지(100)의 가이드블록삽입구(150)에 삽입고정된 가이드블록(300)이 결합된다.

도 4 는 본 발명에 따른 브릿지와 다이의 분리사시도를 도시한 것으로서, 상기 브릿지(100)와 다이(200)는 볼트(500)와 너트의 결합에 의해 단단히 체결된다. 이때, 상기 브릿지(100)와 다이(200)의 사이에 가이드블록(300)이 삽입되어 상브릿지(100)와 다이(200)가 볼트(500)체결시 서로 어긋나지 않도록 위치를 고정시켜준다.

도 5 는 본 발명에 따른 브릿지와 다이의 단면도를 도시한 것으로서, 포트(160)를 통해 유입된 빌릿은 코아(110) 주위에 형성된 터널(T)을 지나 베어링(700, 710)을 통과하면서 금형물품의 단면을 형성한다.

한편, 상기 터널(T)의 크기는 빌릿이 원활하게 유입될 수 있도록 넓게 형성되되 베어링(700, 710)을 통해 제품형상이 잘 형성될 수 있도록 충분히 길게 형성되어야 하므로, 상기 터널(T)의 폭(Tw)과 길이(Tl)의 곱이 코아(110)의 높이(Ch)에비례하는 하기와 같은 경험식을 얻을 수 있다.

터널의 폭(Tw) * 길이(Tl) = 비례상수(K2) * 코아의 높이(Ch) --- (4)

(비례상수(K2) = 5)

이때, 상기 비례상수(K2)의 값은 경험치에 의한 것이다. 만약 터널(T)의 폭(Tw)과 길이(Tl)가 필요이상으로 커지게 되면 압출기에서 브릿지(100)로 작용하는 압력이 브릿지(100)의 중앙부와 양측면부간에 벽면저항에 의한 빌릿의 유속저하로 인해 차이가 생기게 되므로, 이 압력차이에 따른 금형의 뒤틀림현상이 발생하여 제품의 형상이 만들어지는 터널(T)부분에서 금형위치가 편심되는 문제점이 생긴다.

따라서, 본 발명에 의하면 생산하고자 하는 압출금형물의 물성치를 이용하여 상기 문제점을 방지할 수 있는 금형틀을 설계할 수 있어, 신속하게 원하는 물품을 생산할 수 있는 장점이 있으며, 이로 인하여 제품의 가격을 낮출 수 있는 경제적 효과도 얻을 수 있는 장점이 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 경전철, 고속전철 프레임의 압출금형틀에 의하면, 압출금형에 있어서 중요한 인자인 브릿지와 다이의 길이, 포트의 크기를 성형물의 맞게 정형화하여 금형을 설계하는데 인력과 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.

Claims

내측면에 금형물품의 성형을 위해 돌출형성된 코아(110)와 체결공(130)이 형성되고 외측면에 고온의 빌릿(billet)이 주입될 수 있도록 수개의 포트(160)가 형성된 브릿지(100)와, 상기 브릿지(100)와 짝을 이루어 결합되고 외측면에 금형물품의 성형을 위한 캐버티(210)가 형성되며 수개의 체결공(230)이 형성된 다이(200)로 구성된 압출금형틀에 있어서,

상기 브릿지(100)에 형성되는 포트(160)의 총면적이 압출기의 콘테이너 단면적(A)의 30% 보다 크게 형성되되 금형물품단면적(S)의 8배로 되며, 코아(110)하단에 형성된 터널(T)의 폭(Tw)과 길이(Tl)의 곱이 상기 코아(110)의 높이(Ch)의 5 배로 되고, 상기 포트(160)에서 상기 터널(T)로 이어지는 부분(θ)이 30°로 테이퍼가공되며, 상기 브릿지(100)의 상부면에 볼트체결공(151)이 형성된 가이드블록삽입구(150)가 형성되고 원주면에 아이볼트체결공(140)이 형성되며, 상기 다이(200)의 상부면에 직사각형태의 가이드블록삽입구(250)가 형성되고 원주면에 아이볼트 체결공(240)이 형성되어, 상기 가이드블록삽입구(150, 250)에 가이드블록(300)이 삽입되는 것을 특징으로 하는 경전철 및 고속전철프레임의 압출금형틀.
제 1 항에 있어서, 상기 브릿지(100)의 길이(BL)는 상기 코아(110)를 기준으로 상하로 짝수개가 대칭으로 배열되어 이루어진 포트(160)사이의 대각길이(DL)의 합에 보정상수(K,= 0.66)를 곱한 후 이를 포트수로 나눈값으로 이루어진 것을 특징으로 하는 경전철 및 고속전철프레임의 압출금형틀.
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